לאילו נקודות יש לשים לב בתכנון PCB DC-DC?

בהשוואה ל-LDO, המעגל של DC-DC הוא הרבה יותר מורכב ורועש, ודרישות הפריסה והפריסה גבוהות יותר. איכות הפריסה משפיעה ישירות על הביצועים של DC-DC, ולכן חשוב מאוד להבין את הפריסה של DC-DC

1. פריסה גרועה
●EMI, DC-DC SW פינים יהיו בעלי dv/dt גבוה יותר, dv/dt גבוה יחסית יגרום להפרעות EMI גדולות יחסית;
●רעש קרקע, קו ההארקה אינו טוב, יפיק רעש מיתוג גדול יחסית על חוט ההארקה, ורעשים אלו ישפיעו על חלקים אחרים של המעגל;
●מפל המתח נוצר על החיווט. אם החיווט ארוך מדי, נפילת המתח תיווצר על החיווט, והיעילות של כל DC-DC תפחת.

2. עקרונות כלליים
●החלף מעגל זרם גדול קצר ככל האפשר;
● הארקת האות והארקת הזרם הגבוה (הארקת חשמל) מנותבים בנפרד ומחוברים בנקודה אחת בשבב GND

①לולאת מיתוג קצרה
ה-LOOP1 האדום באיור למטה הוא כיוון הזרימה הנוכחי כאשר הצינור הצד הגבוה DC-DC פועל והצינור הנמוך כבוי. ירוק LOOP2 הוא כיוון הזרימה הנוכחית כאשר צינור הצד הגבוה סגור וצינור הצד הנמוך נפתח;

על מנת להפוך את שתי הלולאות לקטנות ככל האפשר ולהכניס פחות הפרעות, יש לפעול לפי העקרונות הבאים:

● השראות קרוב ככל האפשר לפין SW;
● קיבול קלט קרוב ככל האפשר לפין VIN;
●הארקה של קבלי הקלט והיציאה צריכה להיות קרובה לפין PGND.
● השתמש בדרך של הנחת חוטי נחושת;

wps_doc_0

למה שתעשה את זה?

●קו עדין וארוך מדי יגדיל את העכבה, וזרם גדול יפיק מתח אדווה גבוה יחסית בעכבה גדולה זו;
●חוט דק וארוך מדי יגדיל את השראות הטפילית, ורעש מתג הצימוד על השראות ישפיע על היציבות של DC-DC ויגרום לבעיות EMI.
●הקיבול והעכבה הטפילים יגדילו את אובדן המיתוג ואובדן ההפעלה והכיבוי וישפיעו על היעילות של DC-DC

②הארקה נקודתית אחת
הארקה נקודתית אחת מתייחסת להארקה נקודתית אחת בין הארקת האות להארקת החשמל. יהיה רעש מיתוג גדול יחסית בהארקת החשמל, ולכן יש להימנע מגרימת הפרעות לאותות קטנים רגישים, כגון פין משוב FB.

● הארקה בזרם גבוה: L, Cin, Cout, Cboot להתחבר לרשת של הארקה בזרם גבוה;
● הארקת זרם נמוך: Css, Rfb1, Rfb2 מחוברים בנפרד לרשת הארקת האות;

wps_doc_1

להלן הפריסה של לוח פיתוח של TI. אדום הוא נתיב הזרם כאשר הצינור העליון נפתח, וכחול הוא נתיב הזרם כאשר הצינור התחתון נפתח. לפריסה הבאה יש את היתרונות הבאים:

● ה-GND של קבלי הקלט והיציאה מחובר עם נחושת. בעת התקנת חלקים, יש לחבר את הקרקע של השניים יחד ככל האפשר.
●הנתיב הנוכחי של Dc-Dc-ton ו-Toff קצר מאוד;
●האות הקטן מימין הוא הארקה חד-נקודתית, הרחוקה מהשפעת רעש מתג הזרם הגדול משמאל;

wps_doc_2

3. דוגמאות

הפריסה של מעגל DC-DC BUCK טיפוסי ניתנת להלן, והנקודות הבאות ניתנות ב-SPEC:
●קבלי כניסה, צינורות MOS ודיודות בעלות קצה גבוה יוצרים לולאות מיתוג קטנות וקצרות ככל האפשר;
● קיבול קלט קרוב ככל האפשר לפין Vin Pin;
●וודא שכל חיבורי המשוב קצרים וישירים, ושנגדי משוב ואלמנטים מפצים יהיו קרובים ככל האפשר לשבב;
●SW הרחק מאותות רגישים כגון FB;
●חבר את VIN, SW, ובמיוחד GND בנפרד לאזור נחושת גדול כדי לקרר את השבב ולשפר ביצועים תרמיים ואמינות לטווח ארוך;

wps_doc_3

wps_doc_4

4. לסכם

הפריסה של מעגל DC-DC חשובה מאוד, מה שמשפיע ישירות על יציבות העבודה והביצועים של DC-DC. בדרך כלל, SPEC של שבב DC-DC ייתן הנחיית פריסה, שניתן להתייחס אליה לצורך עיצוב.